长江鲟性别分化和精子发生过程中性别相关基因的表达特征研究

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性别决定和分化是性腺发育的基本前提,是物种世代繁衍的基础。在脊椎动物中,鱼类不仅种类繁多,而且性别决定方式多样,主要包括遗传或环境因素决定,前者由性别决定基因占主导地位。目前,主要的性别决定基因大多在雄性异配型(XX/XY型)遗传系统的鱼类中被发现。除此之外,在鱼类的性腺发育过程中,性激素也充当着重要的角色。鲟形目是一类古老的软骨硬鳞鱼,研究显示鲟鱼可能采取雌性异配型(ZZ/ZW型)遗传机制,但目前仍未鉴定出鲟鱼的性别决定基因。探索关键性别相关基因,可为揭示鲟鱼性别决定和分化的调控机制提供理论依据。长江鲟(Acipenser dabryanus)为我国特有物种,具有体型较小、性成熟较时间较短以及繁殖周期短等特点,且全人工繁殖技术成熟,可作为探究鲟鱼性别分化和性腺发育调控机制较为理想的实验材料。本文以养殖子二代长江鲟为研究对象,通过筛选长江鲟基因表达合适的内参基因、鉴定性别相关基因并检测血清性激素相应的变化情况,为探究鲟鱼性别分化和性腺发育的调控机制积累资料。主要研究结果如下:1.本研究克隆得到长江鲟β-actin、EF-1α、GAPDH、RPL8、18S rRNA、SDHA和α-tubulin 7个常用内参基因,通过qRT-PCR获得其在长江鲟不同组织以及不同发育时期性腺和胚胎的Ct值,随后利用geNorm、NormFinder、BestKeeper和RefFinder 4个软件进行表达稳定性评估。结果显示,我们选择的7个内参基因在所检测的不同实验材料中稳定性具有一定差异。其中,在成鱼不同组织中为EF-1α>β-actin>SDHA>RPL8>18S rRNA>α-tubulin>GAPDH;在不同发育时期胚胎中为EF-1α>β-actin>SDHA>α-tubulin>18S rRNA>GAPDH>RPL8;在不同发育时期精巢中为EF-1α>RPL8>β-actin>SDHA>18S rRNA>α-tubulin>GAPDH;在不同发育时期卵巢中为RPL8>EF-1α>SDHA>β-actin=α-tubulin>18S rRNA>GAPDH。因此,在长江鲟成鱼不同组织、不同发育时期精巢和胚胎中,EF-1α是最稳定的内参基因,而在不同发育时期卵巢中,RPL8是最稳定的内参基因。这为今后长江鲟不同组织、不同发育时期性腺及胚胎的基因表达差异研究奠定了基础。2.本研究利用鲟鱼特异性别DNA标记鉴定出分化时期长江鲟的性别,运用qRT-PCR探究了8个性别分化相关基因在该时期性腺的表达水平,发现cyp19a、amh、foxl2和erβ在长江鲟性腺分化时期的表达特征具有明显的性别差异。其中,amh和erβ在雄性性腺中的表达水平显著高于雌性性腺;而cyp19a和foxl2在雌性性腺中的表达水平显著高于雄性性腺,且在雄性性腺中几乎不表达。此外,gsdf、ar、cyp17a1和erα在长江鲟分化时期性腺中的表达无显著性差异。综上所述,amh、erβ、cyp19a和foxl2可能在长江鲟性别分化时期起着重要的作用。3.本研究通过免疫组化方法鉴定了长江鲟精巢的发育时期,随后利用qRT-PCR技术研究精子发生过程中amh、gsdf、ar、erα、erβ和cyp17a1基因的表达特征。结果表明,amh、gsdf和cyp17a1在有丝分裂时期的表达量最高,进入减数分裂时期后的表达量显著下降,至精子生成时期始终处于较低水平;ar和erβ基因具有相似的表达模式,它们在有丝分裂时期的表达水平较高,进入减数分裂后表达量显著下降,而在精子生成时期表达量又显著上升;erα在精巢分化时期和有丝分裂时期表达量较低,且进入减数分裂之后表达量进一步下降,然而精子生成时期表达量显著上升。据此推断,amh、gsdf和cyp17a1可能在精原细胞增殖起着重要作用,而ar、era和erβ可能在精子生成时期发挥重要作用。4.本研究对精子发生过程长江鲟血清中11-KT和E2水平进行探究。结果显示,性别分化时期雌、雄长江鲟血清中11-KT和E2的含量较低,无性别差异。随着精巢的发育,长江鲟血清中11-KT含量显著上升,且始终高于E2,而E2仅在精巢进入有丝分裂和精子生成时期后的含量显著上升。因此,推测11-KT和E2在长江鲟精子发生的后期起着重要作用。
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